Максимумы скорости зарождения и линейной скорости роста

Максимумы скорости зарождения и линейной скорости роста соответствуют разным степеням переохлаждения, причем восходящая ветвь кривой скорости зарождения сдвинута в сторону больших переохлаждений (смотрите рисунок Зависимость скорости зарождения центров и линейной скорости).

Скорость зарождения центров и линейная скорость роста кристаллов определяют суммарную скорость фазового превращения. Средняя скорость изотермического фазового превращения вначале растет с увеличением степени переохлаждения, достигает максимума и затем падает. Среднюю скорость фазового превращения экспериментально определяют как обратную величину времени полного изотермического превращения.


Зависимость средней скорости фазового превращения

Зависимость средней скорости фазового превращения

Зависимость средней скорости фазового превращения от
степени переохлаждения.


Приведенный в этой главе термодинамический анализ образозования зародышей новой фазы относился к изотермическим условиям. Скорости зарождения и линейного роста участков новой фазы экспериментально также измеряют при определенных переохлаждениях.

В практике же термической обработки наибольший удельный вес занимают процессы с непрерывным охлаждением. Это не обесценивает наши выводы, полученные для изотермического фазового превращения, так как при непрерывном охлаждении металл проходит через бесчисленное множество степеней переохлаждения.

Чем быстрее охлаждается металл, тем меньше успевает образовываться центров кристаллизации новой фазы три каждой степени переохлаждения и тем сильнее переохлаждается материнская фаза.

До сих пор в этой главе рассматривалось фазовое превращение при охлаждении. Основные положения флуктуационной теории зарождения центров новой фазы справедливы и для процессов фазового превращения при нагревании. С увеличением степени перегрева выше Т0 растет разность свободных энергий исходной и новой фаз (cмотрите рисунок Зависимость свободной энергии двух фаз от температуры) и уменьшаются размеры критического зародыша и работа его образования.

Основное отличие фазового превращения при нагревании от превращения при охлаждении
— это нарастающее увеличение подвижности атомов при удалении от температуры равновесия двух фаз.


Зависимость средней скорости фазового превращения

Зависимость средней скорости фазового превращения

Зависимость средней скорости фазового превращения
от степени перегрева.


Поэтому с увеличением степени перегрева скорость превращения интенсивно растет вследствие уменьшения размера критического зародыша и работы его образования, а также увеличения подвижности атомов.

Этим объясняется то, что при превращениях в твердом состоянии достигаемая степень перегрева обычно гораздо меньше, чем степень переохлаждения.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Кинетические кривые

С практической точки зрения ничтожная степень превращения в инкубационный период не принимается во внимание, поэтому вполне целесообразно говорить о конце инкубационного периода как о начале превращения, всегда мысленно подразумевая, что к «началу» превращения уже образовалось некоторое количество новой структурной составляющей. Например, начало эвтектоидного превращения в стали фиксируется тогда, когда имеется 0,5 — 1% перлита. Кинетические…

Термокинетические диаграммы

Широкому использованию диаграмм изотермических превращений способствует то, что они строятся в тех же координатах температура — время, в которых изображают режимы нагрева и охлаждения при термической обработке. С помощью С-диаграмм особенно удобно анализировать различные виды изотермических обработок, включающих ускоренное охлаждение и выдержку при постоянной температуре, например изотермический отжиг и изотермическую закалку (смотрите Разновидности отжига сталей…

Кинетика фазовых превращений

Кинетика кристаллизационных процессов в твердом состоянии определяется двумя параметрами — скоростью зарождения центров превращения и линейной скоростью роста из этих центров. Как было показано выше, оба параметра кристаллизации зависят от степени переохлаждения или перегрева. Кинетика фазового превращения при определенном переохлаждении или перегреве изображается кинетической кривой, которая показывает нарастание количества новой структурной составляющей во времени. Кинетика…

Образование промежуточных метастабильных фаз

Образование стабильной фазы приводит систему в состояние с абсолютным минимумом свободной энергии. Однако при определенных условиях зарождается и растет не абсолютно стабильная, а метастабильная фаза, образование которой приводит систему в состояние с относительным минимумом свободной энергии. Рассмотрим условия равновесия исходной фазы а с новой стабильной фазой β, отличающейся от исходной структурой и составом. Используем для…

Разные метастабильные фазы в системе

Если в системе могут существовать разные метастабильные фазы, то при данной степени переохлаждения с увеличением времени выдержки вначале из-за большей скорости зарождения будет образовываться метастабильная фаза, у которой минимальна работа образования критического зародыша. Затем появятся метастабильные фазы с большей энергией образования критического зародыша и в последнюю очередь появится стабильная фаза, так как энергия активации ее…